Les moteurs de rendu des FPS en 2.5 D/L'historique des moteurs de FPS

Dans les années 2000, le FPS a subit de nombreuses transformations. Des Fast-FPS d'antan, nerveux et aux maps non-linéaires et "labyrinthiques", ont été progressivement passé à des jeux plus lents, plus scénarisés, plus scriptés, aux maps plus linéaires. Sans doute que l'arrivée de la 3D a entrainé beaucoup de transformations dans le doamine du JV, le FPS a lui aussi été marqué par l'évolution technologique.

Mais les FPS datant d'avant l'arrivée de la 3D ont marqué leur époque pour leur gameplay très nerveux, très bourrin, avec une grande variété d'armes et de déplacements, et des maps complexes et non-linéaires, qu'on ne retrouve plus dans les jeux vidéos d'aujourd'hui. C'en est au point où les FPS d'antan sont actuellement appelés des Boomer-shooters, terme quelque peu cavalier auquel nous préférerons le terme de Fast-FPS, en opposition aux Slow-FPS d'aujourd'hui. Les fast-FPS, aussi appelés Boomer-FPS, regroupent de nombreuses sagas : les DOOM (sauf le 3), les Quake, les Unreal (sauf le 2), Duke Nukem en FPS, les Serious Sam, Heretic/Hexen, Marathon, Tribes, etc.

FPS les plus connus : historique

L'histoire du FPS est intimement lié à celle des moteurs graphiques. L'invention des premiers FPS va de pair avec la création des premiers moteurs capables de rendre respectivement de la 2.5D et ensuite de la 3D. Après tout, difficile de faire de la vue subjective si l'on ne sait pas effectuer un rendu en 3D en temps réel. La technologie a donc joué un rôle déterminant au début du FPS. Et nous allons étudier les moteurs de ces vieux jeux en 2.5D.

Un apercu des moteurs de jeux de l'époque

Les premiers FPS utilisaient des moteurs qui ne sont totalement en 3D, mais sont plus des jeux en 2,5 D, à savoir qu'ils mélangent des éléments purement 2D, avec un rendu 2D simule un rendu 3D. L'illusion de la 3D est rendu par des techniques assez diverses, dont nous parlerons dans les prochains chapitres. Pour résumer, il y a en gros deux techniques principales : le raycasting et le portal rendering. Les différents moteurs utilisent soit l'une soit l'autre, mais il arrive qu'ils utilisent les deux.

La grande famille des moteurs de rendu 2.5D des FPS est composée de plusieurs lignées. La première est celle des jeux IdSoftware, avec les moteurs des jeux Wolfenstein 2D et DOOM. Et contrairement à ce qu'on pourrait croire, les deux utilisent des moteurs très différents. Le premier moteur d'IdSoftware est celui de Wolfenstein 3D, mais aussi de ses prédécesseurs de la saga Catacomb (oui, Wolfenstein 3D n'est pas le premier FPS inventé, nous en reparlerons). Il n'a pas de nom, contrairement à son successeur, le moteur des jeux DOOM, appelé l'IdTech 1. Les moteurs de jeux suivants seront l'Idtech 2, 3, 4, respectivement utilisées pour Quake 1/2, puis Quake 3, et enfin DOOM 3. Bien qu'ils portent des noms similaires, ce sont des moteurs indépendants, batis sur des fondations totalement différentes. Le code source de tout ces moteurs a été rendu public, on sait comment ils fonctionnent.

Moins connu, le moteur Build a été utilisé pour les jeux de 3D Realms : Duke Nukem 3D, Blood, Shadow Warrior, mais aussi les jeux de la saga WitchHaven. Quelques jeux indés récents sont développés sur ce moteur, notamment le jeux Ion Fury développé par les anciens programmeurs de Duke Nukem 3D. Le code source a été rendu public, ce qui fait qu'on sait comment fonctionne le moteur. Il utilise la technique du portal rendering, dans sa forme la plus simple. Il n'implémente pas d'optimisations comme l'usage d'un BSP, comme le fait un DOOM pourtant sorti avant lui. Il est donc moins optimisé que DOOM, mais cela n'a pas posé problème car les jeux Build sont sortis quelques années après DOOM, dans une période où la technologie évoluait très vite et où les processeurs devaient très rapidement plus puissants.

Moins connu, il faut aussi citer les moteurs d'autres jeux plus confidentiels de l'époque. Et commençons par les trois jeux de la saga Marathon, développés par Bungie (les développeurs de Halo), qui disposaient de leur propre moteur de jeux. Les trois jeux sont sortis sur Macintosh, et n'étaient pas compatibles avec Windows. De là, on peut rapidement deviner qu'ils utilisaient un moteur de jeu fait maison, sur lequel on ne sait malheureusement pas grand chose. Le moteur était cependant assez puissant et avec beaucoup de fonctionnalités : support des escaliers, d'une gestion de la hauteur, plafonds et sols de hauteur variable, des ascenseurs, etc. Il était aussi possible d'avoir plusieurs pièces superposées.

La société Lucas Art, connue pour ses jeux Point'click, a développé deux FPS de son temps. Le premier est le jeu Star Wars : Dark Forces dans lequel on incarne un soldat de la résistance dans l'univers de Star Wars, le second est le FPS Outlaws se passant dans un univers de Western. Les deux jeux utilisaient un moteur de jeu fait maison, appelé le Jedi engine. Ce furent les deux seuls jeux à utiliser ce moteur, Lucas Arts ayant abandonné les FPS par la suite. LE fait que Outlaws soit sorti alors que Quake était déjà sorti n'a pas aidé ses ventes, la 3D venait d'arriver, il n'y avait plus besoin d'un rendu en 2.5D. Le moteur a été abandonné après cela. Le code source du moteur n'est pas disponible et n'a jamais été rendu public, mais quelques fans de ces jeux ont effectué de la rétro-ingénierie pour retrouver un moteur équivalent. Le moteur de jeu utilise la technique du portal rendering, la même que le moteur Build.

Les jeux de la saga Ultima Underwolrd étaient des jeux utilisant un moteur en quasi-3D. Il s'agit d'une série de FPS-RPG sortis un tout petit peu après Wolfenstein 3D. Des tentatives de reverse enginnering du moteur sont encore en cours. La seule chose que l'on sait est que les niveaux du jeu sont stockés en 2D, avec une organisation basée sur des tiles, mais que cette représentation était utilisée comme base pour un rendu en pure 3D. D'après les dires de Doug Church, un des programmeurs du jeu, voici comment fonctionnait ce moteur :

" However, let me second what Dan Schmidt said in the guestbook back in August about the description of the UW engine you guys have up on the page. Namely, UW _was not_ a raycasting engine. While UW did use a tilemap to store the world, that has nothing to do with the rendering model. In general, I'd suggest that the "world rep" and "rendering engine" be considered separate things when discussing game technology, because they very often are. In UW, we had a tile based world. The renderer used the tiles to explore the view cone and do a high level cull operation. From the list of visible tiles, we generated full 3d polygons, in the traditional XYZ sense, and handed them off to a rendering back end and rendered each poly in 3d as is. That is also how the 3d models like the ankh shrines or benches were done, which clearly aren't "raycast" model 3d objects. Now, in practice, many of our 3d primitives did things like normal checks first, and then chose which algorithim to rasterize with based on scale/normal/etc of the surface being rendered."

Source : ultima Underworld Viewer

Enfin, il faut aussi citer quelques FPS sortis sur Amiga, qui utilisaient leur propre moteur de rendu. Des jeux comme Alien Breed 3D et quelques autres étaient dans ce genre. Le code machine de ces jeux est disponible et a été rendu public, mais peu d'informations sont connues à ce jour sur le fonctionnement de leur moteur.

Paradoxalement, il a existé des moteurs de jeux en 3D avant même que les premiers moteurs de jeu en 2.5D n'apparaissent. Il faut notamment noter le Freescape 3D engine, datant de quelques années avant le premier moteur d'IdSoftware ! C'était un moteur de jeu entièrement en 3D.

Liste des moteurs de jeu en 2.5D et en 3D utilisés par les FPS au cours du temps.

Pour résumer, beaucoup de FPS en 2.5D ont existé et chaque entreprise utilisait plus ou moins son propre moteur maison. Le moteur de Wolfenstein 3D a été utilisé pour quelques productions, le moteur de DOOM aussi, le moteur Build n'a été utilisé que pour trois jeux, les autres moteurs n'ont été utilisés que par leur entreprise créatrice.

id Software : Wolfenstein, DOOM, Quake

id Software est une entreprise de jeux vidéo crée en 1991, par ses quatre membres fondateurs : John Carmack, John Romero, Tom Hall, Adrian Carmack (pas de liens familiaux avec John Carmack). Les deux premiers membres, les plus connus, ont décidé de quitter l'entreprise SoftDisk dans laquelle ils codaient des jeux vidéo, pour fonder leur propre studio de développement. Ils recrutèrent alors les deux autres membres. Le récit de la vie de cette entreprise, de la création jusqu'à environ 1996, est raconté dans le livre "Masters of Doom: How Two Guys Created an Empire and Transformed Pop Culture", publié en 2004, qui est la référence pour tout fan des jeux de cette entreprise.

John Carmack est le créateur des moteurs graphiques utilisés dans Wolfenstein 3D, DOOM, Quake et bien d'autres. Il est le programmeur principal, même si les autres membres étaient doués en programmation (Romero a appris à coder en autodidacte et a participé activement au développement de tous les jeux id Software. Il est reconnu pour être capable d'implémenter des idées autrefois publiées dans la littérature académique en rendu graphique, d'une manière qui fait que ces algorithmes peuvent tourner en temps réel. Romero est le level-designer principal des jeux, aux côtés de Tom Hall, Sandy Petterson, et d'autres membres qui ont participé à la création des jeux d'id Software.

Le tout premier jeu en vue subjective temps-réel d'id Software était Hovertank, un jeu de Tank en vue subjective qu'on trouve facilement en abandonware. Il a été le premier jeu à utiliser ce genre de rendu, et le moteur était très simpliste. Le gameplay est franchement pauvre et le jeu est clairement une démo technologique, qui permet de montrer ce que peut faire un moteur de raycasting simple. Il n'y a même pas de gestion des textures, chaque mur, sol et plafond a une couleur unie, sans détails.

Il a ensuite été amélioré pour le jeu Catacomb 3D et ses suites, qui sont restés confidentiels. Le moteur a été amélioré pour supporter des textures, rendant le jeu beaucoup plus agréable à l'oeil que son prédécesseur. Hé oui, Wolfenstein 3D n'était pas le premier FPS, contrairement à ce qu'on pourrait croire. Catacomb 3D eu trois suites, The Catacomb: Abyss est sorti en même temps que Wolfenstein 3D, The Catacomb: Armageddon est sorti la même année, The Catacomb: Apocalypse est sorti en 1993, après W3D.

Wolfenstein 3D, est souvent pris à tord comme le premier FPS, car il a marqué les esprits, bien plus que les Catacomb, qui sont restés très confidentiels. Après la sortie de Wolfenstein 3D, d'autres entreprises ont utilisé ce moteur, avec l'aval d'id Software et moyennement rémunération. En somme, dès le début du FPS, on avait ce système où un moteur de jeu créé par une entreprise était vendu à d'autres pour que ces dernières créent leurs propres jeux vidéos avec. Le moteur de Wolfenstein 3D a été réutilisé dans de nombreuses productions, dont voici la liste :

• Blake Stone: Aliens of Gold
• Blake Stone: Planet Strike
• Corridor 7: Alien Invasion
• Cybertag
• Hellraiser
• Operation Body Count
• Rise of the Triad
• Super 3D Noah's Ark

Beaucoup de ces jeux tombèrent dans l'oubli, parce qu'ils étaient de véritables catastrophes vidéoludiques à la qualité plus que mauvaise. De plus, l'arrivée de DOOM l'année suivante fit que le moteur de Wolfenstein 3D était devenu trop limité et obsolète (après seulement un an...). Seuls baroud d'honneur, les jeux "ShadowCaster" et "In Pursuit of Greed", de Raven Software, utilisaient une version améliorée du moteur de Wolfenstein 3D. Le moteur ajoutait un éclairage limité, des murs de taille variable, des sols pentus et des sols/plafonds texturés.

Wolfenstein 3D a ensuite été suivi par DOOM, puis par DOOM 2, deux jeux d'exception, dont le moteur était complétement différent de celui de Wolfenstein 3D. Le moteur de W3D utilisait une technique particulière de raycasting, mais pas le moteur de DOOM. Le développement de l'IdTech 1, le moteur de DOOM 1 et 2, a commencé peu après la sortie de Wolfenstein 3D et son histoire est assez intéressante.

John Carmack pensait à la base créer un moteur basé sur la technique dite du portal rendering, comme le fera Duke Nukem 3D quelques années plus tard. Mais John Romero, mappeur de l'équipe joua un mauvais tour à Carmack. Une des maps qu'il avait conçu ramait tellement que Carmack du retourner au travail et trouver une optimisation pour résoudre le problème. En parallèle de son travail sur le moteur de DOOM, Carmack travaillait en parallèle sur le portage de Wolfenstein 3D sur Super Nintendo. Mais la machine n'était même pas assez puissante pour faire tourner le jeu. Aussi, Carmack fi quelques recherches pour trouver une solution. Il découvrit dans plusieurs papiers de recherche la technique dite du BSP (Binary Space Partitioning), et décida de réécrire complétement le moteur de Wolfenstein 3D avec cette technique. La technique du raycasting était passée à la trappe au profit d'un système de portal rendering amélioré. Et c'est cette technique qui a été utilisée pour DOOM !

Les source ports

Doom source ports